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简介

Kubernetes（简称 K8s）是一个开源的容器编排平台，它能够自动化地部署、扩展和管理容器化应用。Kubernetes 支持的容器运行时包括 Docker 和 containerd 等。它通过提供集群管理、服务发现、负载均衡、自动扩展等功能，极大地简化了容器化应用的管理。

Kubernetes 的主要组件包括：

1. Master 节点（控制平面）：

   • API Server：Kubernetes 控制平面的入口，所有的 API 请求都会经过它，它负责协调集群中的各项操作。
   • Scheduler：负责监控集群中的资源情况，并将 Pod 调度到合适的节点上。
   • Controller Manager：负责执行集群控制的任务，确保集群中各项资源处于预期状态。
   • etcd：一个分布式键值存储，用于保存所有集群的数据和状态。

2. Node 节点（工作节点）：

   • Kubelet：每个节点上运行的代理，负责管理容器的生命周期，确保容器的运行状态与 API Server 中的描述一致。
   • Kube Proxy：负责服务发现和负载均衡，代理集群中的网络流量到正确的 Pod 上。
   • Container Runtime：容器运行时，通常是 Docker 或 containerd，负责启动和管理容器。

3. Pod：是 Kubernetes 中最小的可调度单位，可以理解为一个容器或多个容器的集合，容器共享网络和存储资源。

4. Deployment：管理 Pod 的副本集，自动创建、删除、滚动更新 Pods。

5. Service：为一组 Pod 提供一个稳定的访问入口，通常通过 DNS 名称来访问。

6. Namespace：将集群资源分隔成不同的虚拟集群，支持多租户。

Kubernetes 的工作流程概述

• 容器化应用的部署：在 Kubernetes 中，首先需要定义一个包含应用容器的 Pod，指定应用的镜像、存储卷、网络策略等。
• 调度和管理：Scheduler 会选择一个合适的 Node 节点来部署这个 Pod，Kubelet 会在节点上启动容器，并向 API Server 报告状态。
• 服务发现与负载均衡：当多个 Pod 运行在不同的节点上时，Kubernetes 的 Service 会为它们提供一个统一的访问入口，实现负载均衡。

Kubernetes v1.29.13 版本

Kubernetes 版本 1.29.13 作为一个较新的版本，提供了一些改进和新特性，主要关注稳定性、性能和安全性等方面。每个版本都会修复已知的问题并加入一些增强功能。升级到这个版本的集群，可以享受到更好的性能表现和更稳定的运行环境。

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Ubuntu 22.04 系统安装部署 Kubernetes v1.29.13 集群

以下是部署 Kubernetes 集群的概念步骤：

1. 准备环境：

   • 操作系统：Ubuntu 22.04 是一个长期支持（LTS）版本，适用于生产环境。
   • 硬件要求：至少有两台服务器，一台作为 Master 节点，至少一台作为 Worker 节点。
   • 网络：确保集群的节点之间可以通信，必要时配置防火墙和端口转发。

2. 安装 Kubernetes 必备组件：

   • 安装 Docker（此篇选择docker+cri-dockerd） 或 containerd 作为容器运行时。
   • 安装 kubeadm、kubelet 和 kubectl 这些 Kubernetes 组件。

3. 初始化 Master 节点：

   • 使用 kubeadm init 初始化 Kubernetes 集群的控制平面。
   • 配置 kubectl，使得控制节点可以管理集群。

4. 加入 Worker 节点：

   • 在 Worker 节点上运行 kubeadm join 命令，加入到已经初始化的 Master 节点。

5. 配置网络插件：

   • Kubernetes 需要网络插件来管理 Pod 之间的网络通信，常用的插件有 Calico、Flannel（推荐）、Weave 等。
   • 安装并配置网络插件。

6. 验证集群：

   • 使用 kubectl get nodes -owide 检查集群节点详细状态，确保 Master 节点和 Worker 节点都处于 Ready 状态。

7. 部署应用：

   • 创建 Deployment、Service 等资源，部署容器化应用。

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1 环境准备

#使用kubeadm部署Kubernetes集群的前提条件支持Kubernetes运行的Linux主机，例如Debian、RedHat及其变体等每主机2GB以上的内存，以及2颗以上的CPU各主机间能够通过网络正常通信，支持各节点位于不同的网络中独占的hostname、MAC地址以及product_uuid，主机名能够正常解析放行由Kubernetes使用到的各端口，或直接禁用iptables禁用各主机的上的Swap设备各主机时间同步
#准备代理服务，以便接入registry.k8s.io，或根据部署过程提示的方法获取相应的Image
#重要提示kubeadm不仅支持集群部署，还支持集群升级、卸载、更新数字证书等功能目前，kubeadm为各节点默认生成的SSL证书的有效期限为1年，在到期之前需要renew这些证书

1.1 集群IP规划

1、OS: Ubuntu 22.04 LTS
2、Docker：27.0，CGroup Driver: systemd
3、Kubernetes：v1.29.13

• CRI: cri-dockerd, CNI: CoreOS Flannel

4、网络环境

• 节点网络：11.0.1.0/16
• Pod网络：10.244.0.0/16
• Service网络：10.96.0.0/12

系统版本	IP	主机hosts
Ubuntu 22.04	11.0.1.100	k8s-master01.dinginx.org k8s-master01 kubeapi.dinginx.org kubeapi
Ubuntu 22.04	11.0.1.101	k8s-node01.dinginx.org k8s-node01
Ubuntu 22.04	11.0.1.102	k8s-node02.dinginx.org k8s-node02
Ubuntu 22.04	11.0.1.103	k8s-node03.dinginx.org k8s-node03

1.2 初始化步骤（各个节点都需执行）

1.2.1 主机名与IP地址解析

cat >> /etc/hosts <<EOF
11.0.1.100 k8s-master01.dinginx.org k8s-master01 kubeapi.dinginx.org k8sapi.dinginx.org kubeapi
11.0.1.101 k8s-node01.dinginx.org k8s-node01
11.0.1.102 k8s-node02.dinginx.org k8s-node02
11.0.1.103 k8s-node03.dinginx.org k8s-node03
EOF

1.2.2 关闭swap

sed -i '/swap/s/^/# /' /etc/fstab && swapoff -a#检验
root@ubuntu2204:~# free -htotal        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           1.9Gi       320Mi       431Mi       1.0Mi       1.2Gi       1.4Gi
Swap:             0B          0B          0B

1.2.3 禁用防火墙

apt install ufw
ufw disable
ufw status

1.2.4 时钟同步

#更改时区
timedatectl set-timezone Asia/Shanghai#安装Chrony包
apt install chrony -y
##修改配置文件
cat <<EOF | tee /etc/chrony.conf
server ntp.aliyun.com iburst
stratumweight 0
driftfile /var/lib/chrony/drift
rtcsync
makestep 10 3
bindcmdaddress 127.0.0.1
bindcmdaddress ::1
keyfile /etc/chrony.keys
commandkey 1
generatecommandkey
logchange 0.5
logdir /var/log/chrony
EOF

1.2.5 配置内核转发和网桥过滤

#添加网桥过滤和内核转发配置文件
cat >> /etc/sysctl.conf <<EOF
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.ipv4.ip_forward=1
br_netfilter
overlay
EOF
##刷新配置
sysctl --system#检查
lsmod

1.3 安装 Kubernetes 必备组件

1.3.1 安装 Docker 或 containerd 作为容器运行时

方法一：Docker+cri-dockerd

#安装docker及依赖
apt-get update
apt-get install ca-certificates curl gnupg
install -m 0755 -d /etc/apt/keyrings##使用国内源
curl -fsSL https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/docker.gpg
sudo chmod a+r /etc/apt/keyrings/docker.gpg
echo \"deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.gpg] https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu \"$(. /etc/os-release && echo "$VERSION_CODENAME")" stable" | \sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/nullapt update && apt install -y docker-ce#安装cri-dockerd
curl -LO https://github.com/Mirantis/cri-dockerd/releases/download/v0.3.15/cri-dockerd_0.3.15.3-0.ubuntu-jammy_amd64.deb
dpkg -i cri-dockerd_0.3.15.3-0.ubuntu-jammy_amd64.deb
systemctl enable --now cri-docker

方法二：Containerd

#下载软件包
wget https://github.com/containerd/containerd/releases/download/v1.7.24/containerd-1.7.24-linux-amd64.tar.gz
dpkg -i containerd-1.7.24-linux-amd64.tar.gz#创建配置文件
mkdir /etc/containerd/#生成配置文件
containerd conifg default > /etc/containerd/config.toml #修改67行内容
sed -i 's/registry.k8s.io\/pause:3.8/registry.k8s.io\/pause:3.9/' /etc/containerd/config.toml
sed -i 's/SystemdCgroup = false/SystemdCgroup = true/ /etc/containerd/config.toml	
#启动containerd服务
systemctl enable --now containerd.service
[root@ubuntu2204 ~]# ls /var/run/containerd/ -l
total 0
srw-rw---- 1 root root  0 Dec  9 11:05 containerd.sock		#若未启动则无此文件
srw-rw---- 1 root root  0 Dec  9 11:05 containerd.sock.ttrpc
drwx--x--x 2 root root 40 Dec  9 11:05 io.containerd.runtime.v1.linux
drwx--x--x 2 root root 40 Dec  9 11:05 io.containerd.runtime.v2.task[root@ubuntu2204 ~]# containerd --version
containerd containerd.io 1.7.23 57f17b0a6295a39009d861b89e3b3b87b005ca27##nerdctl工具可单独运行容器
wget https://github.com/containerd/nerdctl/releases/download/v2.0.2/nerdctl-2.0.2-linux-amd64.tar.gz
tar zxvf nerdctl-2.0.2-linux-amd64.tar.gz -C /usr/local/
cp /usr/local/bin/nerdctl /usr/bin/
#检验
[root@ubuntu2204 ~]# nerdctl --version
nerdctl version 2.0.2
[root@ubuntu2204 ~]# nerdctl --help
nerdctl is a command line interface for containerdConfig file ($NERDCTL_TOML): /etc/nerdctl/nerdctl.tomlUsage: nerdctl [flags]helpers.Management commands:......

1.3.2 安装 kubeadm、kubelet 和 kubectl

#安装部署kubelet、kubectl、kubeadm
##使用清华源  apt-cache madison kubeadm 查看软件版本
apt update && apt-get install -y apt-transport-https
curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.29/deb/Release.key | gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg
echo "deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kubernetes/core:/stable:/v1.31/deb/ /" |tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
apt update && apt install -y kubelet kubeadm kubectl#锁定版本防止自动升级
apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl
#解除锁定 apt-mark unhold kubelet kubeadm kubectl#修改配置文件
sed -in.bak  '/^ExecStart/c ExecStart=/usr/bin/cri-dockerd --container-runtime-endpoint fd:// --network-plugin=cni --cni-bin-dir=/opt/cni/bin --cni-cache-dir=/var/lib/cni/cache --cni-conf-dir=/etc/cni/net.d' /lib/systemd/system/cri-docker.servicesystemctl daemon-reload && systemctl restart cri-docker.service#1.30版本以后kubelet配置在/etc/default/kubelet下
cat << EOF | tee /etc/default/kubelet
KUBELET_EXTRA_ARGS="--cgroup-driver=systemd"
KUBELET_KUBEADM_ARGS="--container-runtime=remote --container-runtime-endpoint=/var/run/cri-dockerd.sock"
EOF#适用1.29及以前版本
mkdir -pv /etc/sysconfig/ && echo 'KUBELET_KUBEADM_ARGS="--container-runtime=remote --container-runtime-endpoint=/var/run/cri-dockerd.sock"' |tee /etc/sysconfig/kubelet#设置开机自启动
systemctl enable kubelet

2 MASTER节点初始化

2.1 主节点初始化

kubeadm config images list
kubeadm config images list --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers
docker image pull registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.9
docker image tag registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.9 registry.k8s.io/pause:3.9kubeadm config images pull \--image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers \--cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sockkubeadm init --control-plane-endpoint="kubeapi.dinginx.org" --kubernetes-version=v1.29.11 --pod-network-cidr=10.244.0.0/16 --service-cidr=10.96.0.0/12 --token-ttl=0 --cri-socket unix:///run/cri-dockerd.sock  --image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers

2.2 初始化master主节点

#初始化master主节点
root@k8s-master01:~# kubeadm init \--control-plane-endpoint="kubeapi.dinginx.org" \--kubernetes-version=v1.29.13 \--pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \--service-cidr=10.96.0.0/12 \--token-ttl=0 \--cri-socket unix:///var/run/cri-dockerd.sock \--image-repository=registry.aliyuncs.com/google_containers		#使用阿里云镜像......	# 显示如下内容表示节点初始化成功[addons] Applied essential addon: kube-proxyYour Kubernetes control-plane has initialized successfully!# 第1个步骤提示， Kubernetes集群管理员认证到Kubernetes集群时使用的kubeconfig配置文件
To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:mkdir -p $HOME/.kubesudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/configsudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/configAlternatively, if you are the root user, you can run:export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.confYou should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl apply -f [podnetwork].yaml" with one of the options listed at:https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/addons/You can now join any number of control-plane nodes by copying certificate authorities
and service account keys on each node and then running the following as root:kubeadm join kubeapi.dinginx.org:6443 --token lk5whx.00xug3dwizebomql \--discovery-token-ca-cert-hash sha256:03a18aaca2f33be62f131f7cc111af1c541489519d86254f0d053777f54eb6bf \--control-plane Then you can join any number of worker nodes by running the following on each as root:kubeadm join kubeapi.dinginx.org:6443 --token lk5whx.00xug3dwizebomql \--discovery-token-ca-cert-hash sha256:03a18aaca2f33be62f131f7cc111af1c541489519d86254f0d053777f54eb6bf #复制认证为Kubernetes系统管理员的配置文件至目标用户（例如当前用户root）的家目录下
[root@master01 ~]# mkdir .kube
[root@master01 ~]# cp /etc/kubernetes/admin.conf .kube/config## 或者可复制到其他worker节点赋予管理员权限
[root@k8s-node01 ~]#mkdir -p ~/.kube
[root@k8s-master01 ~]# scp -i /etc/kubernetes/admin.conf 11.0.1.11:~/.kube/config#显示信息证明配置成功
root@master01:~# kubectl config view --raw
apiVersion: v1
clusters:
- cluster:certificate-authority-data: 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: https://kubeapi.dinginx.org:6443name: kubernetes
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3 Woker节点配置及添加

3.1 节点添加

kubeadm-init文件(每次初始化内容会不同，切记先进行保存)

kubeadm join kubeapi.dinginx.org:6443 --token lk5whx.00xug3dwizebomql \--discovery-token-ca-cert-hash sha256:03a18aaca2f33be62f131f7cc111af1c541489519d86254f0d053777f54eb6bf \--cri-socket unix:///run/cri-dockerd.sock

3.2 验证集群状态

#全部节点及namespace为running状态
root@k8s-node01:~# kubectl get nodes -owide
NAME                       STATUS   ROLES           AGE     VERSION    INTERNAL-IP   EXTERNAL-IP   OS-IMAGE             KERNEL-VERSION       CONTAINER-RUNTIME
k8s-master01.dinginx.org   Ready    control-plane   2d21h   v1.29.13   11.0.1.10     <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-131-generic   docker://27.5.1
k8s-node01.dinginx.org     Ready    <none>          2d21h   v1.29.13   11.0.1.11     <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-131-generic   docker://27.5.1
k8s-node02.dinginx.org     Ready    <none>          2d21h   v1.29.13   11.0.1.12     <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-131-generic   docker://27.5.1
k8s-node03.dinginx.org     Ready    <none>          2d21h   v1.29.13   11.0.1.13     <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-131-generic   docker://27.5.1

4 部署Web应用测试

#创建服务
root@k8s-master01:~# kubectl create namespace web01 --dry-run=client -oyaml > web01.yaml
root@k8s-master01:~# kubectl run -n web01 --image nginx  web01 --dry-run=client -oyaml >> web01.yaml
root@k8s-master01:~# kubectl create service nodeport web01 --tcp=80:80 --dry-run=client -oyaml >> web01.yaml#配置文件
root@k8s-master01:~# cat web01.yaml 
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:name: web01
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:labels:app: web01name: web01namespace: web01
spec:containers:- image: nginxname: web01imagePullPolicy: IfNotPresent
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:labels:app: web01name: web01namespace: web01
spec:ports:- name: 80-80port: 80protocol: TCPtargetPort: 80selector:app: web01type: NodePortroot@k8s-master01:~# kubectl apply -f web01.yaml
root@k8s-master01:~# kubectl -n web01 get pod,svc
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/web01   1/1     Running   0          15mNAME            TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/web01   NodePort   10.110.14.158   <none>        80:32717/TCP   15m#修改显示内容
root@k8s-master01:~# kubectl exec -it -n web01 pods/web01 -- bash -c "cat > /usr/share/nginx/html/index.html <<EOF
<h1>welcome to dinginx's website!</h1>
EOF"#查看services
root@k8s-node01:~# kubectl -n web01 get svc
NAME    TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
web01   NodePort   10.110.14.158   <none>        80:32717/TCP   43h